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Empresa: BioEner & Technology;
Autor: Martínez Bedolla Carlos Emilio
2007/05/15
Proyecto: Empleo de Zymomonas mobilis en Cultivo Continuo Simple Etapa para la Producción de Etanol
Instituto Politécnico Nacional
Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología.
Empleo de Zymomonas mobilis en Cultivo Continuo Simple
Etapa para la Producción de Etanol
INFORME TÉCNICO DE LA OPCIÓN CURRICULAR EN LA MODALIDAD DE
GENERACIÓN DE MICRO-EMPRESA.
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO BIOTECNÓLOGO
PRESENTA:
MARTÍNEZ BEDOLLA CARLOS EMILIO
DIRECTOR INTERNO:
M. EN C. LEOBARDO ORDAZ CONTRERAS.
DIRECTOR EXTERNO:
M. EN C. MANELIC MAGANDA DE LOS SANTOS.
MÉXICO D.F. A 15 DE MAYO DE 2007
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Empresa: BioEner & Technology;
Autor: Martínez Bedolla Carlos Emilio
2007/05/15
Proyecto: Empleo de Zymomonas mobilis en Cultivo Continuo Simple Etapa para la Producción de Etanol
Instituto Politécnico Nacional
Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología.
Departamento de Vinculación. Programa Institucional de Emprendedores
Departamento de Bioingeniería. Laboratorio de Biorreactores
Proyecto Terminal III
Proyecto de Plan de Negocios de la Empresa
“BioEner & Technology”
NOMBRE:
Martínez Bedolla Carlos Emilio.
CARRERA PROFESIONAL: Ingeniería Biotecnológica.
GRUPO:
8BV3 Tecnología Enzimática
ASESOR INTERNO: M. en C. Leobardo Ordaz Contreras.
ASESOR EXTERNO: M. en C. Manelic Maganda de los Santos.
COORDINADOR DE PROYECTO TERMINAL III: M. en C. Leobardo Ordaz Contreras.
Nota: Este es el plan de negocios e informe técnico final.
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Autor: Martínez Bedolla Carlos Emilio
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Proyecto: Empleo de Zymomonas mobilis en Cultivo Continuo Simple Etapa para la Producción de Etanol
Para:
Mi MADRE, mi pequeña TATO y mi MUJER, a las que yo llamo mis tres novias pues son
las que más demandan tiempo y cuidados.
AGRADECIMIENTOS
Por otro lado, quisiera dar gracias de la manera más atenta y sincera a todas aquellas personas
que me proporcionaron sus conocimientos, ayuda y facilidades técnicas para la realización de
éste pequeño proyecto:
Muchas gracias, al M.en C. Leobardo Ordaz Contreras,
Contreras por jalarme las orejas y regañarme por
los errores que cometía y por mi forma de ser, por ser mi asesor y demostrar que uno no nace
sabiendo hacer las cosas.
Muchas gracias, a la M.en C. Jovita Martínez y al Biol. Juan Carlos Estrada de la Colección
Nacional de Cepas Microbianas y Cultivos Celulares CDBBCDBB-500 ubicada en el Centro de
Investigación y de Estudios Avanzados CINVESTAV, por facilitar la adquisición de la cepa
bacteriana Zymomonas mobilis, así como instruirme en su manejo y conservación.
Muchas gracias, al Dr. José Abraham Balderas López por prestar su nuevo equipo para la
determinación de etanol. Yo sé que al final no resultó lo que se esperaba, pero la intención es lo
que cuenta.
Por
último
quisiera
agradecer
al
Programa
Institucional
de
Emprendedores
POLIEMPRENDE,
POLIEMPRENDE dirigido por la Lic. Alicia Balandra en la UPIBI, por darme la
capacitación necesaria y la motivación para la conclusión de éste plan de negocios
A todos ellos, mil gracias.
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Autor: Martínez Bedolla Carlos Emilio
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1
Antecedentes e Introducción
2
Estudio de Mercado del Etanol en México
3
Informe Técnico Final y Producción
16 - 35
4
Análisis Financiero
36 - 43
5
Anexos
5-8
9 - 15
44-45
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Proyecto: Empleo de Zymomonas mobilis en Cultivo Continuo Simple Etapa para la Producción de Etanol
1
Antecedentes e Introducción
Tema
Paginas
Antecedentes
6
Objetivos del Proyecto de Plan de Negocios
6
Nombre de la Empresa
6-7
Logotipo
7
Slogan
7
Misión
7–8
Visión
8
Credo de la Empresa
8
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Proyecto: Empleo de Zymomonas mobilis en Cultivo Continuo Simple Etapa para la Producción de Etanol
ANTECEDENTES
BioEner & Technology nace como una propuesta ante las tendencias
internacionales del uso del etanol como combustible renovable y limpio.
Mediante la Ingeniería Biotecnológica para la aplicación de un sistema de
fermentación para la producción de bioetanol y de la Economía para el análisis
financiero del proceso, se concibe el presente proyecto de plan de negocios de
ésta propuesta…
OBJETIVOS DEL PROYECTO DE PLAN DE NEGOCIOS
El objetivo de cualquier plan de negocios es el de demostrar o no la factibilidad
económica de cualquier negocio que se desee iniciar. Se considera como el
documento base y pilar fundamental para la toma de decisiones sobre una
propuesta empresarial.
Por otro lado, para que un proceso biotecnológico a cualquier escala sea
operado apropiadamente, se debe tener una clara comprensión de la cinética
de crecimiento microbiano; por lo tanto el segundo objetivo, no menos
importante, consiste en el seguimiento de éste crecimiento para poder aplicar un
modelo matemático al microorganismo Zymomonas mobilis en la generación de
bioetanol en cultivo continuo simple etapa, cuyo análisis se contemplará en el
apartado dedicado a la producción.
NOMBRE DE LA EMPRESA
El nombre de la empresa se desprende de dos fuentes, una de ellas hace
referencia a la problemática a resolver (fuentes de energía renovable y mejora
del medio ambiente) y a la vez la solución que se está planteando (el empleo de
la biotecnología). La segunda fuente involucra el uso de vocablos en el idioma
inglés para valerse de la impresión y elegancia que éstas puedan ocasionar en
cliente y consumidor, y de ésta forma, facilitar el reconocimiento de la empresa
en
un
ambiente
cargado
de
publicidad,
mercadotecnia
y
de
futura
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competitividad; no obstante, todos los recursos humanos, financieros y
tecnológicos serán mexicanos.
LOGOTIPO
El logotipo es sencillo, tanto en diseño como en colores; sin embargo, también
representa cierta ideología a seguir, por ejemplo el círculo es símbolo de la
perfección que se desea alcanzar primeramente en el desarrollo y convivencia
del ser humano dentro de la organización hasta su desarrollo profesional
reflejado en la excelencia de la empresa. La punta de flecha indicará el camino a
seguir, siempre adelante en mejora continua constante de los trabajadores y de
la empresa. El color verde indica vida y tratándose de una empresa
biotecnológica, es el color del cual no se puede prescindir. El gris y el negro solo
se tomaron como contraste.
SLOGAN
Con el slogan se pretende dar a entender el tipo de problemática a la cual la
empresa dará solución y las herramientas a utilizar; en otras palabras es el giro
de la empresa, el cual consiste en colocar en el mercado un combustible
renovable, limpio y seguro para el medio ambiente.
MISIÓN
BioEner & Technology estará dedicada a proveer soluciones biotecnológicas a la
problemática energética coadyuvando a fortalecer un medio ambiente
sustentable para el futuro, mediante la incorporación de productos novedosos
como GE10 y GE6 con los estándares más altos de calidad, que mejoren el
rendimiento del automóvil, ayuden al medio ambiente y prolonguen la vida de los
hidrocarburos en México. Para lograr esta meta se seguirá de manera constante
los lineamientos del Credo de la Empresa, una excelencia en la administración y
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organización de la empresa, una cultura de la Mejora Continua y de los Círculos
de Calidad (Planear, Hacer, Verificar y Actuar)
VISIÓN
Se pretende ser la compañía proveedora de bioenergéticos limpios, más
respetada, con liderazgo y competitividad del mercado en México.
CREDO DE LA EMPRESA
La primera responsabilidad de BioEner & Technology será para con México, se
cree en el desarrollo sustentable y con base en la biotecnología y la
bioingeniería se vela por una cultura de la prevención antes que en la resolución.
Para todos nuestros clientes y posibles consumidores de nuestros productos y
servicios. Los pedidos de nuestros clientes han de servirse con rapidez,
precisión y amabilidad. El precio de nuestros productos debe esforzarse por ser
justo y siempre bajo el esquema de ganar-ganar en todas las negociaciones que
se efectúen.
Será responsable ante sus empleados, hombres y mujeres que trabajen en la
compañía. Todos serán considerados como individuos, respetando su dignidad y
reconociendo sus méritos y logros en la empresa. Habrán de tener una
sensación agradable y de seguridad en el trabajo. La compensación será justa y
adecuada a su esfuerzo y al nivel de sus conocimientos, las condiciones de
trabajo, limpias, ordenadas y de máxima seguridad. Deberá de ser sensible en la
manera en que podamos ayudar a nuestros empleados en el cumplimiento de
sus obligaciones laborales, sin descuidar sus deberes familiares. El ambiente
que se respire será cordial y de confianza, con lo que nuestros empleados se
sentirán libres de hacer sugerencias y formular sus quejas sin esperar represalia
alguna. La organización se regirán bajo una dirección humana, profesional y
competente,
ecuánime
y
siempre
apegada
a
la
ética.
La responsabilidad final de BioEner & Technology es para con sus socios, para
la investigación y desarrollo de nuevos productos.
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Estudio de Mercado del Etanol en México
Tema
Paginas
Descripción del Producto y Servicio
10
Descripción de las Novedades o Innovaciones respectos a los Productos Actuales en el Mercado
10
Características y Especificaciones de la Materia Prima (Melaza)
10 – 11
Información Estadística sobre la Producción de Melaza en México
12
Precio de la Melaza
13
Descripción, Especificaciones y Usos del Etanol
13
Información Estadística sobre la Producción, Importación, Exportación y Consumo de Etanol
14
Precio del Etanol
15
Proyección de la Oferta y la Demanda
15
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DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO Y SERVICIO
BioEner & Technology será una empresa exclusivamente dedicada a la
producción de etanol, sin embargo, comercializará dos mezclas de etanol con
gasolina, que serán conocidas como GE10 y GE6, cuya diferencia radica en el
contenido alcohólico de la misma (GE10 mantendrá una concentración del 10%
de etanol, mientras que GE6 una al 6%). Éstos serán los productos principales
de la empresa, pero también, irán acompañados de un servicio cordial y
amigable hacia nuestros clientes y consumidores potenciales. Nuestros
productos serán distribuidos y comercializados directamente al cliente en
gasolineras propias de la empresa.
DESCRIPCIÓN DE LAS NOVEDADES O INNOVACIONES
RESPECTO A LOS PRODUCTOS ACTUALES EN EL
MERCADO
No podemos hablar de innovación hasta que nuestros productos sean
totalmente aceptados en el mercado; no obstante, tomando en cuenta la
situación ambiental que se vive a nivel global y el desarrollo económico del país,
así como las tendencias actuales del uso del etanol como biocombustible para
automóviles, es promisorio que tanto GE10 como GE6 serán en un inicio una
gran novedad así como el preámbulo para la subsistencia de la empresa en el
mercado, aunado a que será pionera en México ya que no existen productos o
mezclas similares en el mercado actual; sin embargo, en éstos momentos ya
existe competencia a nivel de investigación e incluso de producción.
CARACTERÍSTICAS Y ESPECIFICACIONES DE LA
MATERIA PRIMA (MELAZA)1
La melaza es un producto de desecho de la agroindustria azucarera, y es una de
las fuentes de carbono más baratas. Además de un gran contenido de azúcar, la
melaza o miel final, contiene péptidos, vitaminas y algunos elementos traza. Sin
embargo, la composición de la melaza varía en función de la calidad y tipo de la
materia prima empleada, de las condiciones climáticas y especialmente del
proceso de producción de cada una de las empresas productoras de azúcar. La
siguiente tabla indica la composición general de la melaza:
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Tabla No.01. Composición de melaza de caña y betabel
Composición [%]
Peso Seco
Sacarosa
Refinosa
Azúcares Invertidos
Compuestos Orgánicos Diversos
N
Melaza de Caña Melaza de Betabel
77 - 84
78 - 85
33.4
48.5
-----1
21.2
1
19.6
20.7
0.4 - 1.5
0.2 - 2.8
P2O5
CaO
MgO
0.6 - 2.0
0.1 - 1.1
0.03 - 0.1
0.02 - 0.07
0.15 - 0.7
0.01 - 0.1
K2 O
2.6 - 5.0
2.2 - 4.5
SiO2
------
0.1 - 0.5
Al2O3
------
0.005 - 0.06
-----7.0 - 11.0
0.001 - 0.02
4.0 - 8.0
0.83
0.25
0.65
2.1
2.14
0.0038
0.12
0.13
0.041
0.54
5.1
0.13
0.021
0.0053
Fe2O3
Ash
Composición [mg/100g de peso seco]
Tiamina
Rivoflavina
Piridoxina
Niacinamida
Ácido Pantoténico
Ácido Fólico
Biotina
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INFORMACIÓN ESTADÍSTICA SOBRE PRODUCCIÓN DE
MELAZA EN MÉXICO
Producción Nacional de Miel Final
Melaza 85oBx. [Toneladas]
2.2e+6
2.0e+6
1.8e+6
1.6e+6
1.4e+6
1.2e+6
1985
1990
1995
2000
2005
2010
Término de la Zafra [Años]
Figura No.01. Producción Nacional de Melaza (1987-2006)
Como se puede visualizar, el comportamiento de la curva de producción de
melaza a nivel nacional es demasiado aleatorio, por lo que proyectar una posible
producción para la zafra del presente año resultaría demasiado especulativo,
incluso apoyándose en herramientas estadísticas como lo es el ajuste por
mínimos cuadrados. No obstante, la demanda de melaza por parte de BioEner &
Technology se ubica en aproximadamente 2300 toneladas de melaza anual.
Para cualquiera que sea la producción de melaza al término de la zafra del
presente año, éste requerimiento (que fue obtenido por medio de balances
bioquímicos que serán presentados posteriormente) se observa abastecido de
antemano en cualquier punto de la gráfica
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PRECIO DE LA MELAZA3
El precio internacional de la melaza radica en 100 dólares por tonelada métrica.
Una tonelada métrica equivale a 1000 litros, lo que indicaría 0.1$ US / L de
melaza con 85oBx (Grados Brix).
DESCRIPCIÓN, ESPECIFICACIONES Y USOS DEL
ETANOL4
El alcohol etílico es utilizado como materia prima para numerosos productos
incluyendo el acetaldehído, éter etílico y cloroetano. El alcohol etílico es capaz
de disolver un amplio rango de sustancias por lo que es usado como solvente en
la fabricación de fármacos, plásticos, lacas, ceras, perfumes, cosméticos y
aceleradores para el hule. Como reactivo industrial, el alcohol etílico plantea un
problema especial: debe estar al alcance de la industria en forma no potable.
Este problema se resuelve agregándole un desnaturalizante, o sea una
sustancia que le confiere muy mal sabor o incluso, elevada toxicidad. Por
ejemplo, algunos de los desnaturalizantes son el alcohol metílico, benceno,
bases de piridina, metiliisobutilcetona, keroseno, acetona, gasolina y dietilftalato.
La exposición prolongada a concentraciones mayores a 5000 ppm causa
irritación de ojos y nariz, dolor de cabeza, mareo, fatiga y narcosis. El efecto
sobre la piel es similar a todos los solventes de grasa, en ausencia de
precauciones, la dermatitis resulta del contacto.
Tabla No.02. Características Físicas y Químicas a considerar.
o
Punto de Ebullición [ C]
o
Punto de Fusión [ C]
Densidad Relativa
Densidad de Vapor
Presión de Vapor [mm Hg]
o
Punto de Autoignición [ C]
Límite Superior de Inflamabilidad
Límite Inferior de Inflamabilidad
78.5
-114
0.789
1.59
40
363
9%
3.30%
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INFORMACIÓN ESTADÍSTICA SOBRE PRODUCCIÓN DE
ETANOL EN MÉXICO5
Producción, Importaciones, Exportaciones y Consumo
de Etanol en México
2.5e+8
Etanol [Litros]
2.0e+8
1.5e+8
1.0e+8
5.0e+7
0.0
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
Tiempo [Años]
Producción Nacional
Importación
Exportación
Consumo Nacional
Figura No.02. Producción, Importación, Exportación y Consumo Nacional de Etanol
Se puede observar en éste gráfico que el consumo de alcohol etílico está
superando por mucho a la producción nacional, desafortunadamente se carece
de datos más recientes; no obstante, si sigue la misma tendencia, entonces se
podría decir que el mercado del etanol en México no es autosuficiente, por lo
que incorporar una fuente de consumo más no es del todo correcto, a menos
que se incorpore un sistema de producción propio de la empresa, que es el
objetivo que se persigue en para éste plan de negocios.
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PRECIO DEL ETANOL
El costo del etanol no potable o desnaturalizado con un grado alcohólico de
98oGL se sitúa entre $12 y $15 pesos m/n por ½ litro del producto; cabe
mencionar que éstos costos fueron obtenidos directamente en farmacias y en
expendios donde se comercializa éste líquido a granel.
PROYECCIÓN DE LA OFERTA Y LA DEMANDA
Cómo se dijo anteriormente, BioEner & Technology comercializará sus
productos GE10 y GE6 en gasolineras convencionales, por lo que no sería raro
contemplar como demanda el 16% del volumen total de ventas de una
gasolinera. Para poder proyectar éste volumen de ventas, se ha llevado a cabo
un promedio de entre 5 establecimientos que se observó, lograban ventas
durante todo el día, es decir, siempre tenían autos en espera de ser atendidos.
Los ingresos cuestionados se sitúan en $120,000.00 pesos m/n por gasolinera;
por lo que para poder obtener el volumen de gasolina vendida sólo se divide
éste valor entre el precio por litro de gasolina igual a $6.81 pesos/Litro
(suponiendo que todo el ingresos es debido a la venta de un sólo tipo de
gasolina), los litros totales de gasolina vendidos diariamente son 17,621.15, de
éste volumen sólo se sustituirá el 16% por etanol. La demanda de etanol es de
2850 [L/día].
Según el Diagrama de Flujo de Proceso (DFP) localizado en el apartado de
anexos, el flujo continuo de producto es de 126.83 [L/h], valor que al ser
multiplicado por las 24 horas del día, proporciona una oferta de 3043.92 [L/día]
de etanol con 98oGL.
Mediante éste ejercicio se puede observar que la demanda se ve cubierta o
satisfecha completamente por la oferta.
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3
Informe Técnico Final y Producción
Tema
Paginas
Generalidades
Introducción
17 – 18
Problemática a Resolver
18
Objetivos del Informe Técnico
18
Métodos y Técnicas
Pretratamiento ácido-térmico y eliminación de sólidos en suspensión de la melaza cruda
19 - 20
Determinación de azúcares reductores por el método de DNS
20 – 21
Determinación de biomasa por peso seco
Determinación de etanol por técnicas foto-acústicas y grados Gay-Lussac
Formulación del Medio de Cultivo
21
22 – 23
23
Resultados Obtenidos
Determinación de biomasa
Determinación de sustrato residual
Determinación de la Velocidad Específica Máxima de Crecimiento
24
25 – 26
27
Determinación de etanol
27 – 29
Cinética de crecimiento microbiano en cultivo continuo. Modelo de inhibición por producto
29 – 31
Conclusiones y Recomendaciones
32
Simulación Teórica
33 – 34
Impacto social de la empresa
34 – 35
Impacto ecológico de la empresa
35
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Generalidades
INTRODUCCIÓN6
Los combustibles fósiles son el petróleo, el carbón y el gas natural, formados de
plantas que vivieron en épocas muy remotas.
El petróleo provee el 38 por ciento de la energía mundial total. Tiene más
energía por gramo que ningún otro combustible fósil. Es también, una fuente
importante de sustancias químicas para la industria de los plásticos. Los
estimados de las reservas globales de petróleo han cambiado muy poco en
épocas recientes. Probablemente, ya se ha descubierto todo el petróleo fácil de
obtener. Muchos pozos están produciendo menos petróleo cada año. Ya que no
es probable que los geólogos encuentren nuevas reservas grandes de petróleo,
en el futuro habrá que usar otras fuentes de energía.
El gas natural es un posible reemplazo para el petróleo. Desde 1970, el gas
natural ha sido la fuente de energía de más rápido crecimiento. La mayor parte
del gas natural está con el petróleo. Hasta hace poco se le quemaba o se le
permitía escapar al aire. Hoy en día, la gente usa el valor del gas natural como
un combustible y como una fuente de sustancias químicas.
El uso mundial del carbón también está aumentando cada año. La ventaja mayor
del carbón es su abundancia. Se estima que las reservas son, por lo menos, 250
veces la cantidad usado en un año. Hay muchos problemas relacionados con el
uso de grandes cantidades de carbón. La transportación requiere grandes
inversiones en barcos y trenes. Las plantas generadoras y las calderas operadas
con carbón son muy caras, no solo para construirlas sino para operarlas
también. El carbón puede convertirse en un líquido o en un gas, pero esto
aumentaría dos o tres veces el costo de la energía. Los mayores perjuicios del
aumento en el uso del carbón son los costos en la salud y el ambiente. Más
carbón quiere decir más contaminación del aire, más destrucción de la tierra y
más daño a las comunidades bióticas.
La provisión de recursos de combustibles fósiles es limitada y no puede
recircularse. Tarde o temprano, el mundo se quedará sin combustibles fósiles.
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Para reducir la dependencia del petróleo se han intentado utilizar combustibles
renovables:
En los primeros motores de combustión interna de la década de 1870 se
empleaba indistintamente alcohol o gasolina, y en Europa se han utilizado en
algunas ocasiones mezclas de gasolina y alcohol cuando había escasez de
petróleo. En la década de 1930 se vendieron en Estados Unidos dos mezclas de
este tipo, llamadas alcolina y agrol, pero no pudieron competir con el bajo precio
de la gasolina. La escasez de petróleo durante la década de 1970 resucitó el
interés por las mezclas con alcohol, que se incrementó en 1985 ante la
propuesta de prohibir la gasolina con plomo al final de dicha década. El carburol
puede emplearse en un automóvil sin necesidad de modificar el carburador, el
ciclo de encendido ni los conductos de combustible, y tiene un índice de octano
ligeramente mayor que la gasolina sin plomo corriente.
PROBLEMATICA A RESOLVER
El verdadero problema al que el ingeniero biotecnólogo confronta con un
proyecto de ésta índole, es llevar a cabo toda la ingeniería del bioproceso, desde
su documentación teórica, pasando por la investigación en la ingeniería de la
fermentación, hasta el diseño completo del tren del bioproceso.
OBJETIVOS DEL INFORME TÉCNICO
Crear un sistema de producción eficiente de etanol, con los más altos
rendimientos y máxima productividad empleando como microorganismo a la
bacteria Zymomonas mobilis en una fermentación alcohólica sumergida y en
cultivo continuo simple etapa, utilizando melazas como sustrato y fuente de
carbono principal; también bajo éste sistema, se elucidarán los parámetros
cinéticos del modelo de inhibición por producto.
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Métodos y Técnicas
PRETRATAMIENTO ÁCIDO-TÉRMICO Y ELIMINACIÓN DE
LOS SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN DE LA MELAZA CRUDA.
La melaza cruda resulta ser en exceso viscosa, por tanto, en primer lugar se
realizará una dilución 1:1 de la melaza y agua con base en masa (1:2 en base
volumen), esto es, verbi gracia, en un matraz de 4 L, se pesará 1 Kg de agua al
cual se le agregará 1 Kg de melaza para proceder a su posterior
homogenización (no es necesario en éste orden, sin embargo, se recomienda
humedecer la superficie del matraz en agua, de lo contrario la melaza se
adherirá más fácilmente al vidrio y la homogenización se tornará más difícil);
posteriormente el pH de la solución que se encontrará en un valor aproximado
de entre 5.0 y 6.0 dependiendo de la melaza se acidificará con ácido sulfúrico
concentrado hasta un valor de pH de 1.5 - 2.0 (la adición del ácido sulfúrico se
debe realizar con precaución y de ser posible por las paredes del matraz, se
recomienda mantener una homogenización constante mediante un agitador
magnético y una parrilla para tal efecto. Un electrodo para medir pH, colocado
ingeniosamente, se debe considerar para visualizar la lectura al momento de la
acidificación). Con el uso de una parrilla, subir la temperatura de la solución
hasta un valor de entre 80oC y 90oC y mantenerlo durante un lapso de 40
minutos al menos. La agitación no se debe pasar por alto ya que evitará una
acumulación de la energía térmica en el fondo, lo que puede repercutir en un
derramamiento violento de la solución caliente. Hasta éste momento la razón de
ésta acidificación y su posterior elevación de la temperatura es la de hidrolizar la
sacarosa contenida en la melaza en sus correspondientes monómeros de
dextrosa y fructosa; sin embargo, la disminución del pH tiene un doble efecto, ya
que aumentará la fuerza iónica de la solución, lo que favorecerá la
sedimentación de la mayoría de los sólidos en suspensión contenidos en la
melaza, fenómeno que se prolongará durante un periodo de 24 horas, no
obstante, si se desea acelerar la separación, el empleo de una centrífuga de
discos o tubular será apropiado, una vez fría la solución. Para finalizar éste
procedimiento, llevar a cabo una determinación de azúcares reductores para
saber la concentración de ésta solución ácida, que será la solución madre para
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preparar el medio de cultivo en lo referente a la fuente de carbono. Sólo como
referencia, un valor de 300 g/L fue lo determinado (600 g/L para la melaza
cruda).
DETERMINACIÓN DE AZÚCARES REDUCTORES POR EL
MÈTODO DE DNS7
El reactivo del método se compone del 0.63% de ácido dinitrosalicílico, 18.2% de
tartrato de sodio y potasio, 0.5% de fenol, 0.5% de meta-bisulfito de sodio,
2.14% de hidróxido de sodio y el % restante será de agua destilada.
Para la determinación de la concentración de azúcares reductores en las
muestras obtenidas de la cinética en cultivo continuo, se construirá una curva
tipo mediante la siguiente tabla:
Tubo
Blanco
1
2
3
4
5
6
Solución 1g/L destrosa (mL)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Agua Destilada (mL)
3.0
2.9
2.8
2.7
2.6
2.5
2.6
Reactivo DNS (mL)
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
Concentración [g/L]
0.0
1/30
1/15
1/10
1/7.5
1/6
1/5
Tabla No. 01. Curva Tipo de Azúcares Reductores
Colocar los tubos en baño maría en ebullición durante 5 minutos, enfriarlos y
leerlos en espectrofotómetro a 540 nm. Hay que recordar que los valores
confiables deben situarse arriba de 0.1 y por debajo de 0.9 de densidad óptica.
Encontrar la ecuación de la línea recta por el método de mínimos cuadrados y su
coeficiente de correlación; para el uso de pipetas manuales un valor de r2 = 980
E-3 es adecuado, pero si se emplean pipetas automáticas un valor de r2 = 99E-3
debe ser obtenido. Se recomienda que se elabore una curva cada vez que se
requiera analizar muestras, ya que el comportamiento del reactivo varía con
respecto al tiempo. También que la persona que haga las determinaciones,
estandarice la técnica de cuantificación mediante muestras de concentración
conocida; variaciones +/-menores de 1 g/L pueden ser aceptadas para muestras
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de alta concentración, dependiendo del grado de exactitud que se desee
manejar.
DETERMINACIÓN DE BIOMASA POR PESO SECO8
Para separar la biomasa del medio de fermentación, se somete un volumen
determinado del medio (en éste caso particular fue de 5 mL) a centrifugación por
un periodo de 20 minutos a 3500 rpm, del cual se puede reducir el tiempo a 10
min con 6000 rpm, se debe tener cuidado de no utilizar velocidades superiores
ya que se pueden lisar las células debido a la presión ejercida. Por decantación,
separar el sedimento celular del sobrenadante o medio clarificado (al cual se le
realizará la cuantificación de azúcares reductores residuales). El sedimento
celular será sometido a por lo menos 2 lavados para la remoción de azúcares
que puedan quedar en la membrana citoplasmática adheridos, para lo cual el
sedimento será resuspendido siempre en solución isotónica y en un volumen
predeterminado, esto con el único fin de manejar siempre un peso constante de
las sales en todos los lavados y en el secado, repetir éste paso 2 veces o hasta
visualizar que el sobrenadante del último lavado queda incoloro. Lavar bajo las
mismas condiciones de separación de la biomasa. El sedimento final será
resuspendido y depositado en charolas de aluminio previamente pesadas y
secado a 120oC por un lapso de 6 horas (realizar la determinación por triplicado).
Para una cuantificación correcta de la biomasa, a los valores obtenidos se les
debe restar un testigo el cual consiste en las sales que componen la solución
isotónica y de los lodos residuales situados en el medio de cultivo, para lo cual
se somete el mismo volumen de medio fresco al mismo tratamiento de la
muestra, para finalizar restando el problema menos el testigo, el valor obtenido
será la biomasa libre de sales y de lodos. Se remarca una vez más el empleo de
una sola solución isotónica y de volúmenes predeterminados de la misma, por lo
que se recomienda la preparación de un lote grande y la esterilización del mismo
para evitar el desarrollo de hongos en ésta o de la estancia de otros
microorganismos; para el uso de volúmenes iguales, el empleo del dispositivo
conocido como “dispencer” se torna idóneo.
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DETERMINACIÓN DE ETANOL POR TÉCNICAS FOTOACÚSTICAS Y GRADOS GAY-LUSSAC4
La cuantificación del etanol producido ha sido el problema más grave a resolver,
ya que al no disponer de un electrodo especial, la determinación se encaminó en
dos vertientes: 1) por medio de una nueva tecnología de cuantificación de
productos de fermentación al determinar una propiedad física intrínseca propia
de cada compuesto conocida como difusividad térmica y cuyo desarrollo lo lleva
el Dr. José Abraham Balderas López del departamento de matemáticas de la
UPIBI, ésta técnica, la cual emplea un láser que al ser infundido en una pequeña
muestra de medio clarificado de biomasa, emitirá un sonido con una frecuencia
específica el cual será captado y medido por un dispositivo especial que
correlacionará la emisión con la difusividad térmica del caldo de fermentación,
mientras más cercana se encuentre ésta de la difusividad del etanol puro, más
alta será la concentración del alcohol en la muestra (para mayor información
consultar directamente con el Dr. Abraham). El factor importante en cada
método, es el volumen empleado por el mismo; como se puede observar, la
ventaja principal de ésta técnica es que sólo emplea 3 mL del caldo de cultivo.
Cabe mencionar que no se pueden cuantificar concentraciones menores al 1%
de etanol además del diseño de una curva tipo partiendo del medio de
fermentación fresco.
La segunda metodología es la determinación de los grados Gay-Lussac por
medio de un alcoholímetro; no obstante, al tratarse de un dispositivo similar a un
picnómetro, se deben tener en cuenta las variables ambientales como la
temperatura y presión, así como de los sólidos disueltos en la muestra, ya que
éstos afectan la densidad del medio y directamente la flotabilidad del
alcoholímetro. Por todo esto se procede a destilar un volumen del medio de
fermentación, posteriormente se adecua la temperatura del destilado a la que
marque el alcoholímetro, en éste caso 15oC por medio de una incubadora, para
finalizar, en una probeta se coloca el alcoholímetro y se le agrega el volumen del
destilado hasta el punto donde se observe que el instrumento flote, se leen los
grados Gay-Lussac (oGL) del destilado que corresponden directamente con el %
del contenido de alcohol4 (es decir, por ejemplo, 60oGL corresponden a una
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solución al 60% de etanol); sin embargo, el alcoholímetro puede presentar un
grado de desviación del contenido de alcohol, para determinar ésta variación es
recomendable medir patrones de concentración conocida y observar qué tan
lejana es la lectura observada del valor real; éste valor será incorporado en las
lecturas de las muestras problema. Ésta técnica de cuantificación no puede
compararse con el grado de precisión de la técnica foto-acústica; sin embargo,
presenta buenas aproximaciones en órdenes de más del 10% del contenido de
alcohol. La principal desventaja es que para obtener una medida razonable se
necesitaría aproximadamente 100 mL de destilado, lo que a su vez conlleva un
requerimiento de al menos 1.5 L del caldo de fermentación a destilar; en otras
palabras, se necesita un gran volumen y tiempo en la determinación.
Durante la destilación, la condensación comienza a presentarse a una
temperatura de 88oC aproximadamente. Para asegurar que todo el etanol ha
sido extraído de los fondos, el vapor generado comenzará a elevar su
temperatura hasta 93oC, lo cual indicará que el vapor está compuesto en su
mayoría de agua; a ésta temperatura se mantendrá por un lapso de 5 minutos,
destilando agua literalmente. Finalmente, medir el grado alcohólico del volumen
recolectado.
FORMULACIÓN DEL MEDIO DE CULTIVO9
El medio de cultivo constó de los siguientes componentes y en las siguientes
cantidades, el cual fue obtenido en la referencia:
Componente
Cantidad [g/L]
Azúcares Reductores (Dextrosa y Fructuosa)
50
Fosfato de Potasio (KH2PO4)
2.5
Sulfato de Amonio (NH4)2SO4)
1.6
Sulfato de Magnesio (MgSO4)
1.0
Tabla No. 02. Formulación del Medio de Cultivo.
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Resultados Obtenidos
DETERMINACIÓN DE BIOMASA.
Siguiendo la metodología descrita, se obtuvo el siguiente gráfico:
Relación entre Biomasa y Velocidad de Dilución
35
Biomasa [g/L]
30
25
20
15
10
5
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
Velocidad de Dilución [1/h]
Gráfica No.01. Relación entre Biomasa vs. Velocidad de Dilución durante la Fermentación
Se puede apreciar que los valores de biomasa correspondientes a velocidades
de dilución menores a 0.05 [1/h] son demasiado altos. Esto sugiere que éstos
puntos fueron tomados en un estado trasciende del cultivo continuo, por lo que
el criterio de estabilidad adoptado, de 2.5 – 3.0 veces el tiempo de residencia, no
fue suficiente en al menos éste intervalo.
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DETERMINACIÓN DE SUSTRATO RESIDUAL.
Conforme a la técnica de DNS publicada por Lorenz Miller en 1959, se llevaron a
cabo varias curvas tipo, ya que las muestras se analizaron conforme se
obtenían, lo cual era en distintos días; aquí se presenta la curva tipo con menor
valor de coeficiente de correlación, para continuar con la presentación de los
datos obtenidos:
Gráfica No.02. Curva Tipo de Azúcares Reductores por DNS.
Con la realización de varias curvas tipo, el ingeniero biotecnólogo puede
evaluarse de forma cualitativa al comparar los distintos coeficientes de
correlación (r2) obtenidos en las distintas curvas, si éstos no presentan un
comportamiento muy distante, entonces el manejo de la técnica es el correcto.
Sin embargo, si varía tanto la pendiente como la ordenada al origen, entonces
es indicio de que la integridad del reactivo está variando con respecto al tiempo,
lo cual es de esperarse al recordar que el reactivo de DNS es estable en al
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menos 6 meses. Éste es otro motivo por el cual se realizaron curvas tipo
conforme se analizaban las muestras obtenidas del biorreactor.
Relación entre Sustrato Residual y Velocidad de Dilución
25
Sustrato Residual [g/L]
20
15
10
5
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
Velocidad de Dilución [1/h]
Gráfica No.03. Relación entre Sustrato Residual vs. Velocidad de Dilución durante la Fermentación
Una vez más se observa que a velocidades de dilución menores de 0.05 [1/h], el
cultivo se encontraba en estado no estacionario, lo cual corresponde con las
aseveraciones comentadas para la biomasa.
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DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD ESPECÍFICA
MAXIMA DE CRECIMIENTO
Por medio del cultivo continuo, la determinación de éste parámetro suele
expresarse como la velocidad de dilución crítica (Dc), que suele ser ligeramente
menor que Mmax, pero que para fines prácticos se considera como un mismo
valor. En la práctica, la cinética de crecimiento en cultivo continuo se desarrolla
mediante un barrido de las velocidades de dilución, hasta el valor crítico en el
cual ocurre el lavado del reactor. Éste lavado del reactor se visualiza por medio
de los gráficos de biomasa y sustrato residual ya expuestos; sin embargo, y
como consecuencia de que el consumo se sustrato en el biorreactor está
disminuyendo, éste empieza a acumularse en el recipiente de recolección del
flujo de salida, una vez ahí, comienza a haber fermentación. Para la
fermentación alcohólica en cultivo continuo que se ha empleado, la velocidad
específica máxima de crecimiento fue determinada con un valor de Mmax =
0.137 [1/h]. Cabe mencionar que la bibliografía10 da un valor de Mmax = 0.14
[1/h] en glucosa como única fuente de carbono de Zymomonas mobilis.
DETERMINACIÓN DE ETANOL
Se trató de seguir la técnica de determinación de la difusividad térmica en
pequeñas muestras obtenidas del barrido de velocidades de dilución por ser una
técnica con un mayor grado de precisión; las muestras se almacenaron a 3oC
para
su
posterior
análisis
una
vez
concluida
la
fermentación;
desafortunadamente las condiciones de almacenamiento no fueron las
adecuadas, aunado a una falla en la incubadora, por lo que el bioetanol fue
empleado por microorganismos fúngicos como fuente de carbono. Para poder
rescatar algún dato de producción de bioetanol, se paró por completo el cultivo
continuo (ya obtenida la Mmax) y se dejó que finalizara como un cultivo en lote,
al cabo de 2 días de fermentación se prosiguió a determinar el contenido
alcohólico mediante los grados Gay-Lussac, con todas las precauciones antes
descritas. El grado alcohólico obtenido fue del 1.18oGL (1.18%). Éste valor será
incorporado en la velocidad de dilución crítica, esto sólo es para poder evaluar la
cinética de crecimiento mediante el modelo de inhibición por producto; sin
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embargo, las constantes del modelo no deben ser tomadas como verídicas, sino
como una posible aproximación. También se incluye una producción teórica
conforme a balances de masa basados en las rutas bioquímicas de Zymomonas
mobilis, bacteria que emplea la ruta catabólica conocida como Entner-Doudoroff.
Los balances bioquímicos son los siguientes [moles]11:
1 Dextrosa
1.78 Etanol + 1.88 CO2 + 3.1E-5 Acetaldehído + 0.011 Biomasa
1 Fructuosa 1.51 Etanol + 1.55 CO2 + 0.02 Acetaldehído + 0.054 Glicerol
Para la determinación teórica de bioetanol, se ha tomado en cuenta que, el
medio con melaza mantenía la mitad de la concentración de azúcares
reductores consistente en dextrosa y la otra mitad de fructuosa, por lo que la
suma de ambos (convertidos a etanol) daría la cantidad neta de bioetanol
obtenido. La concentración de 1.18oGL se ha expresado en [g/L] mediante la
densidad del etanol puro la cual es 0.798 [g/mL]. La velocidad de dilución crítica
encontrada fue de 0.137 [1/h], a éste valor se le asignará la concentración de
9.4164 [g/L] (1.18oGL). La teoría de la productividad en quimiostato dice que
ésta aumenta con la velocidad de dilución, por lo que las concentraciones
intermedias serán evaluadas por medio de una recta que pase por los puntos
(0.0 [1/h]; 0.0 [g/L]) y (0.137 [1/h]; 9.4164 [g/L]):
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Relación entre Bioetanol y Velocidad de Dilución
25
Bioetanol [g/L]
20
15
10
5
0
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
Velocidad de Dilución [1/h]
Producción Teórica
Producción Real (proyectada del lote)
Gráfica No.04. Relación entre Bioetanol vs. Velocidad de Dilución durante la Fermentación.
CINÉTICA DE CRECIMIENTO MICROBIANO EN CULTIVO
CONTINUO. MODELO DE INHIBICIÓN POR PRODUCTO.
Hasta el momento se han presentado todos los datos obtenidos del análisis del
cultivo que duró aproximadamente un mes y tres semanas; no obstante algunos
de los cuales, y sobre todo los de baja velocidad de dilución, parecen haber sido
tomados en un estado transciende. Para la aplicación del modelo de inhibición
por producto, el estado estacionario es requerido, por lo que se procede a acotar
los datos y agrupar las gráficas en una sola, para seguir con la presentación de
los resultados del análisis matemático. El estado estacionario, de acuerdo a las
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gráficas presentadas, es más evidente en los datos correspondientes a
velocidades de dilución mayores a 0.05 [1/h].
Relación entre Biomasa, Sustrato Residual, Bioetanol
y la Velocidad de Dilución
Biomasa, Sustrato Residual, Bioetanol [g/L]
25
20
15
10
5
0
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.11
0.12
Velocidad de Dilución [1/h]
Biomasa
Sustrato Residual
Bioetanol Teórico
Bioetanol Real (proyectado del lote)
Gráfica No.05. Relación de Biomasa, Sustrato Residual, Bioetanol vs. Velocidad de Dilución en Estado Estacionario
El Modelo de Inhibición por Producto es el siguiente12:
M = M max* (
 Kp 
Cs

) * 
Cs + Ks  Cp + Kp 
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Donde:
M = D = Velocidad de Dilución [1/h]
Mmax = Dc= Velocidad de Dilución Crítica [1/h]
Cs = Conc. del Sustrato Residual [g/L]
Cp = Conc. del Producto [g/L]
Ks y Kp = Parámetros del Modelo [g/L]
Éste modelo involucra 3 variables y una sola ecuación. Para encontrar los
valores de Ks y Kp, el modelo tiene que ser evaluado por medios
computarizados debido a su complejidad en el manejo algebraico; por tal motivo,
los datos fueron incorporados a un programa de computadora13, el cual encontró
los parámetros Kp y Ks del modelo de inhibición por producto. El modelo
resultante es el siguiente:
g 


3.726 E15




1
Cs
L



M = 0.137
g 
g
h
 Cs + 1.736  Cp + 3.726 E15 
L 
L

Se puede apreciar que el parámetro Kp del modelo resulta ser demasiado
grande, una posible explicación de éste resultado es que la velocidad de
crecimiento de Zymomonas mobilis, en éste sistema, sigue siendo función
exclusiva de la concentración de sustrato y nutrientes, además que el fenómeno
de inhibición está lejos de presentar influencia alguna en el crecimiento
microbiano. Esto se demuestra ya que el segundo factor en paréntesis siempre
tendrá un valor muy cercano a la unidad.
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Conclusiones y Recomendaciones Experimentales
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
De acuerdo al trabajo realizado se desprende lo siguiente:
1.- Conforme a los datos obtenidos de la fermentación y al análisis de los
mismos, las condiciones manejadas en el experimento no son las óptimas de
producción de bioetanol, por el contrario, la mayoría de sustrato se canalizó a la
generación de biomasa. Se recomienda trabajar sobre éstas condiciones de
producción y acoplarlas a las de generación de biomasa aquí encontradas. Esto
con el único fin de mejorar la productividad del sistema
2.- Además de encontrar las condiciones óptimas de producción se recomienda
contemplar el uso de nueva tecnología en ésta fermentación, como lo es el
cambio de biorreactor por otro que involucre un distinto modo de operación o
incluso acoplado a una unidad de separación para aumentar la concentración de
biomasa y con esto la productividad, biorreactores de perfusión. Para la
realización del Diagrama de Flujo de Proceso (DFP) y para el análisis económico
posterior, se simulará un proceso de fermentación con un biorreactor de lecho
fluidizado. También el manejo de microorganismos modificados genéticamente
puede ser, en nuestros días, una opción viable; no obstante, se deben
considerar de manera prioritaria el manejo de otras variables y dejar la ingeniería
genética como última opción, aunado a que la estabilidad del microorganismo se
vería comprometida con un sistema de fermentación en continuo. En cualquier
caso, la optimización del bioproceso es el objetivo, salvaguardando la ética
profesional y el ecosistema en el que vivimos.
3.- Se recomienda repetir el desarrollo experimental con otro microorganismo,
como la levadura Saccharomyces cerevisiae, para observar su comportamiento
y comparar ambos microorganismos.
4.- Todas las demás recomendaciones se han dado a lo largo del informe
técnico.
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SIMULACIÓN TEÓRICA
El proceso a emplear consiste en una fermentación alcohólica, donde azúcares
provenientes de desechos industriales, como la melaza de caña, serán
convertidos en etanol por medio de la acción de microorganismos. Un tipo de
fermentación alcohólica consiste en la preparación de éstos azúcares para su
fermentación, la adición del microorganismo requerido y se deja reposar en un
contenedor conocido como biorreactor hasta que se consuma la mayoría de
azúcares y la concentración de bioetanol sea la más alta posible, entonces el
contenido del biorreactor se extrae y es sometido a otros procesos de
separación, concentración y purificación del bioetanol producido. Éste es el
método clásico de la fermentación alcohólica, empleado en la industria
cervecera por ejemplo. BioEner & Technology, ocupará una variante del proceso
en lote, descrito anteriormente, ésta variante es conocida como proceso en
continuo, cuya diferencia principal radica en el hecho de que el biorreactor será
alimentado con un efluente fresco de azúcares mientras un segundo efluente,
con el bioetanol de interés, es retirado del biorreactor a la misma velocidad con
que entra el primero. Éste método de producción se ha elegido ya que
incrementa, a una razón de 2-3 veces, la productividad obtenida por el proceso
en lote, pero también elimina tiempos no productivos en la planta.
No obstante, los resultados obtenidos en la experimentación con el proceso en
continuo (ya presentados en el informe técnico), siguen siendo pobres en lo
referente a la productividad; es decir, el proceso en lote presenta una
productividad de 0.392 [g/(h*L)], en el caso del proceso en continuo empleado se
lograba 1.29 [g/(h*L)] de etanol, lo que representa un incremento de 3.3 veces.
Por tanto es necesario incorporar mayor tecnología al proceso y otras
condiciones de crecimiento, así como el empleo de una nueva formulación del
medio de cultivo. Para lograr aumentar incluso más la productividad, se propone
cambiar el tipo de fermentador por uno de lecho fluidizado, además se colocará
una unidad de recirculación celular para aumentar la concentración de la
biomasa en el biorreactor. Mediante ésta tecnología, y tomando en cuenta que el
sistema se ha comportado muy similar a lo teórico, se puede esperar que la
productividad se incremente por un factor de 10 a 20 veces. En todo caso,
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teóricamente, Zymomonas mobilis logra un contenido alcohólico en bebidas del
15% (v/v). Ésta es la meta a conseguir mediante la ingeniería de la
fermentación; la productividad objetivo para éste 15% de contenido alcohólico es
de 16.4827 [g/(L*h)] de bioetanol en el flujo de salida del biorreactor. El análisis
económico posterior, así como las dimensiones de los equipos, a partir de aquí
se realizarán con la productividad teórica esperada mediante ésta simulación.
Para poder obtener la concentración de bioetanol requerida para lograr la
productividad esperada, el medio de cultivo tendrá que tener una mayor
concentración de azúcares reductores, ésta será de por lo menos 285 [g/L], dato
que fue obtenido mediante los balances bioquímicos presentados.
El flujo de salida conteniendo el bioetanol de interés, será sometido directamente
a destilación, el equipo a emplear será un destilador en continuo multietapas,
para lograr una alta pureza del bioetanol. Cabe mencionar que para poder ser
ocupado como biocombustible, el bioetanol debe presentar al menos una pureza
de 960GL, para evitar ingresar agua al motor de combustión interna. Con un
equipo de destilación multietapas su puede esperar bioetanol de 98oGL, ya que
ningún producto se puede extraer al 100%, debido a que la destilación es un
proceso de separación gobernado por el equilibrio en cada etapa del destilador.
IMPACTO SOCIAL DE LA EMPRESA
Como toda empresa, el impacto social radica principalmente en la fuente de
empleos que ésta pueda ofrecer. Particularmente BioEner & Technology, esta
planeada para radicar en el estado de Morelos, municipio de Zacatepec. Ésta
ubicación se ha elegido debido a que el ingenio azucarero “Emiliano Zapata” se
encuentra en éste municipio, por lo que el transporte de la materia prima
(melaza) proveniente del ingenio no representaría un costo elevado, además,
existen varias autopistas y carreteras federales en las que se podría ubicar el
establecimiento de venta de los productos GE-10 y GE-6. Los beneficios que la
sociedad podría recibir sería primordialmente la fuente de empleo directo y, en
un segundo término, el ingreso de mayor capital a la comunidad por lo que se
podrían desarrollar centros turísticos, además de los balnearios existentes por la
zona, atrayendo otras fuentes de empleo indirectos de igual beneficio a la
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comunidad. En resumen, en términos del impacto social, el proyecto arroja
resultados meramente positivos.
IMPACTO ECOLÓGICO DE LA EMPRESA
De todo el tren de proceso representado en DFP, existen dos efluentes de salida
del proceso: 1) viene dado por los lodos provenientes de la clarificación de la
solución azucarada mediante la centrífuga, el origen de éstos lodos radica en la
melaza cruda, ya que al tratarse de un desperdicio del ingenio azucarero,
arrastra todas las sales y reactivos químicos residuales del proceso de
separación de la sacarosa del propio ingenio, ésta es la composición principal de
los lodos. 2) el efluente de salida del destilador multietapas, cuya composición
es el sustrato residual que no fue consumido por el microorganismo
concentrado, además del bioetanol que no pudo ser separado. Éste líquido es
generalmente conocido como vinazas.
Las vinazas pueden ser reutilizadas como alimento para ganado, ya que el
azúcar contenido está concentrado y mezclarlas con el forraje común, ayudaría
al ganado; no obstante, los lodos provenientes de la clarificación de la melaza
diluida representan el verdadero impacto ambiental, ya que no se les puede dar
un uso alternativo. Se ha pensado en el hecho de ser esparcidos en terrenos
destinados a rellenos sanitarios o ser calcinados en hornos de alta temperatura,
sin embargo, esto representa la emisión de gases contaminantes a la atmósfera.
De cualquier forma se ha optado por la primera solución.
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4
Análisis Financiero
Tema
Costo final aproximado del producto
Paginas
37 – 39
Proyección de la Inversión en equipos y planta
40
Factibilidad económica del proyecto. Retorno de la Inversión (ROI)
41
Retorno Ingenieril de la Inversión (ROI Ingenieril)
41
Discusión del análisis financiero
42
Conclusión general del plan de negocios
42
Bibliografía y referencias electrónicas
42 - 43
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COSTO FINAL APROXIMADO DEL PRODUCTO14
Costo de Materia Prima Unitaria
Material:
Fecha: Mayo 16 del 2007.
Ingredientes de Producción
No. Req.
Cantidad / Hora
Unidad de Medida
Descripción
Monto Estimado
01
237.5
Kg.
Miel final de ingenio
1.67 $ / Kg.
02
0.833
Kg.
Sulfato de Amonio
261.50 $ / Kg.
03
0.833
Kg.
Fosfato de Potasio.
81.00 $ / Kg.
04
0.1
Kg.
Sulfato de Magnesio
568.50 $ / Kg.
Producción por hora =
99.186 Kg (126.83 L)
Costo de Materias Prima por Hora =
$ 738.778
Costo de Materia Prima Unitaria =
5.825 $ / (L Bioetanol 98%)
Tabla No. 03 Explosión de Materiales.
Costo de Mano de Obra Unitaria
Descripción
Maquina
Tiempo [min]
Cantidad / Hora
◘
Encendido de 3 Bombas
TN-1000
2
1/8
X
Supervisión de Llenado
TN-1000
10
1/8
Cierre de Escotilla
TN-1000
1.5
1/8
X
Encendido de Motor de Mezcla
TN-1000
0.5
1/8
X
Apagado de Motor de Mezcla
TN-1000
0.5
1/8
X
Apertura de Válvula
TN-1000
0.5
1/8
X
Encendido de Bomba de Vaciado
BM-1000
0.5
1/8
X
Apagado de Bomba de Vaciado
BM-1000
0.5
1/8
X
Cierre de Válvula
TN-1000
0.5
1/8
X
Encendido de Motor de Mezcla
TB-1010
0.5
1/8
X
Encendido de Centrífuga
CT-1000
2
1/8
X
Apertura de Válvula
TB-1010
0.5
1/8
X
Encendido de Bomba de Vaciado
BM-1001
0.5
1/8
X
Apagado de Bomba de Vaciado
BM-1001
0.5
1/8
X
► ▄
▼
○
X
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Autor: Martínez Bedolla Carlos Emilio
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Proyecto: Empleo de Zymomonas mobilis en Cultivo Continuo Simple Etapa para la Producción de Etanol
Cierre de Válvula
TB-1010
0.5
1/8
X
Verter Polvos Químicos
TB-1030
5
2/8
X
X
Encendido de Bomba
TB-1030
0.5
1/8
X
X
Supervisión de Llenado
TB1030
10
1/8
Cierre de Escotilla
TB-1030
1.5
1/8
X
X
Encendido de Motor de Mezcla
TB-1030
0.5
1/8
X
X
Apertura de Válvula
TB-1020
0.5
1/8
X
Apertura de Válvula
TB-1030
0.5
1/8
X
Encendido de Bomba
BM-1002
0.5
1/8
X
Lavado de Tanques y Centrífuga
TN/CT/TB
180
1/8
X
Totales
X
220
22
X
X
2
6
Tabla No.04. Hoja de Proceso
Concepto
Días
%
Diario [$]
Importe Anual
50.57
$ 18,458.05
Sueldo Base
365
Aguinaldo
20
$ 1,011.40
Prima Vacaciones
12
$ 606.84
Días Festivos Laborales
63
101.14
$ 6,371.82
$ 26,448.11
Suma
365
Días Laborales
7.0
Jornada Laboral
Costo por Hora Salario Base
2,555
$ 10.35
Cuota IMSS Patronales
22
$ 2.464
INFONAVIT
5
$ 0.56
SAR
4
$ 0.448
Impto. sobre Nóminas
2
$ 0.224
Despensa
25
$ 2.8
Costo Total por Hora
$ 16.353
Costo Total por Minuto
$ 0.27255
Costo de Mano de Obra Unitario
Inc. sobre Sal Base
0.27255*220/126.83
58%
$ 0.473
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Tabla No. 05. Determinación del Costo por Hora de Mano de Obra.
Gastos de Fabricación y Operación
Como no se cuenta con los gastos de fabricación, referentes al pago de luz,
renta, depreciaciones, etc., la determinación de éstos costos se efectuará
utilizando factores de prorrateo; es decir, son factores que reparten
proporcionalmente la cantidad de los costos totales de la empresa, entre los
productos elaborados. Los costos sólo se puede prorratear cuando se producen
unidades homogéneas, en éste caso, sólo se produce bioetanol de grado 98*L.
Los factores de prorrateo a emplear, han sido tomados de un manual14
elaborado por conferencistas de Nacional Financiera (NAFINSA). Estos factores
se desprenden de la experiencia de éstos expositores y son aplicables a la
mayoría de empresas manufactureras.
Para los Gastos de Producción, el factor es: 0.2507.
Para los Gastos de Operación, el factor es: 0.2192
Los gastos de operación, hacen referencias a los costos de venta y
administración de la empresa.
Rubro
Precio por Litro de Bioetanol
Costo de Materia Prima Unitaria
5.825
Costo de Mano de Obra Unitaria
0.473
Costo Primo Unitario
6.298
Gastos de Fabricación
FACTOR:
0.2507
Costo de Producción
Gastos de Operación
1.46
7.758
FACTOR:
Costo Total
0.2192
1.277
9.035
Margen de Utilidad
Precio de Venta Unitario
11.0%
$ 0.9938
$ 10.028
Tabla No. 06. Resumen de la Determinación del Precio de Venta Unitario
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PROYECCIÓN DE LA INVERSIÓN EN EQUIPOS Y PLANTA15
La inversión fija de la planta se ha calculado por el método de los Factores de
Lang, se calcula así:
I = f * IB
Donde I es la inversión fija; f es el factor de Lang = 4.9 aplicado a plantas
industriales que manejan sólidos y fluidos e IB es el costo de la inversión en
equipos y maquinaria básica.
La inversión en equipos básicos se ha estimado con valores del proveedor
localizado en la referencia16, el valor de los equipos es de $ 4, 279,000.00 pesos
mexicanos. El costo aproximado de la planta completa será de $20, 967,100.00
pesos mexicanos.
El factor de depreciación de los equipos se ha encontrado en la Ley del
Impuesto sobre la Renta, Artículo No.41 con dos variantes; un factor del 35%
para empresas de investigación de nuevos productos y un 10% para aquellas
empresas que no se encuentren en ninguno de los casos referidos en dicha ley.
Se manejará el del 35% debido a que es un producto nuevo en el mercado.
El impuesto contemplado sobre la utilidad bruta de la empresa, contemplado de
igual forma en la Ley del Impuesto sobre la Renta, Artículo No.10, indica un
impuesto del 28% para personas morales. Esos datos son actualizados al
presente año. En resumen:
Rubro
Inversión de la Planta (I)
Utilidad Bruta sin Impuestos (R)
Monto
$ 20, 967,100.00 m/n
$ 1, 147,478.97 / año m/n
Factor de Depreciación de Equipos (e)
35%
Impuesto sobre la utilidad (t)
28%
Tabla No. 07. Resumen de Datos de Inversión, Utilidad, Depreciación e Impuestos
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FACTIBILIDAD ECONÓMICA DEL PROYECTO.
RETORNO DE LA INVERSIÓN (ROI)15
P/I ≥ r
P = Utilidad Neta Anual.
I = Inversión total en la Planta
r = Retorno de la Inversión. [($/año)/$inversión)
$826,184.8584
≤ 0.039
$20,967,100
Generalmente
r>i, donde i sería el retorno bancario de una inversión. P/I:
corresponde al criterio para aceptar un proyecto de inversión.
Para éste indicador económico, regularmente se esperan retornos mayores al
30%, para considerar el proyecto como atractivo económicamente.
RETORNO INGENIERIL DE LA INVERSIÓN (ROI Ingenieril)15
P + eI e
≥r
I
El factor eIe es la depreciación anual, que en realidad es un gasto virtual pues es
dinero que no sale de la empresa, sino que se queda en la caja o invertido en
otro activo.
$826,184.8584 + 0.35 * $20,967,100.00
> 0.3894
$20,967,100
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DISCUSIÓN DEL ANALISIS FINANCIERO
Sin otro particular, solo cabe mencionar que el costo unitario del producto se
esperaba que se encontrase por debajo del precio de la gasolina actual para que
el producto pudiera competir en el mercado; no obstante, en comparación con el
precio comercial, se ha disminuido casi en un 50%. Otro punto a comentar son
los resultados obtenidos en los indicadores económicos. El cálculo de la Tasa
Interna de Retorno (TIR), así como el punto de equilibrio, no fueron posibles de
calcular ya que la utilidad anual libre de impuestos resulta ser demasiado
pequeña en comparación por la inversión fija en la planta, dando un punto de
equilibrio de muchos años, por ejemplo. Para resolver ésta discrepancia sería un
muy buen ejercicio el tratar de contactar con otros proveedores de equipos
industriales y recalcular la inversión fija total, ya que pudiera ser que estos
costos estén muy sobreestimados y sean poco accesibles.
CONCLUSIÓN GENERAL DEL PLAN DE NEGOCIOS
Como conclusión general de éste plan de negocios, y tomando en cuenta el
breve análisis financiero llevado a cabo, éste proyecto resulta ser redituable a
largo plazo; sin embargo, económicamente hablando, no sería una buena
oportunidad de negocio.
BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS ELECTRÓNICAS
1) Crueger, Wulf [y] Crueger, Anneliese. Biotechnology: A Textbook of Industrial
Microbiology. ED: Akademische Verlagsgesellschaft.
America, 1982
United
States
Of
104, 105 y 106pp.
2) Cámara de Diputados. Centro de Estudios de las Finanzas Públicas. La
Agroindustria Azucarera en México CEFP/039/2001http://www3.diputados.gob.mx
3) http://presidencia.gob.mx/buenasnoticias/?contenido=23073&pagina=19
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4) NOM-076-SSA1-2002. “Que establece los Requisitos Sanitarios del Proceso
del Etanol (Alcohol Etílico)”.
5) Cámara de Diputados. Centro de Estudios de las Finanzas Públicas. La
Industria Alcoholera de México ante la Apertura Comercial CEFP/045/2002.
http://www3.diputados.gob.mx
6) http://html.rincondelvago.com/combustibles-fosiles.html
7) Lorenz Miller, G. Marzo 1959. “Use of Dinitrosalicylic Acid Reagent for
Determination of Reducing Sugar”. Analytical Chemistry. Volumen 31 (No.3)
426-428pp.
8) Scragg, Alan. Biotecnología para Ingenieros. Sistemas biológicos en
procesos tecnológicos.. 4a. reimp. ED: LIMUSA
México D.F, 2002 194-217pp.
9) Tano Sadae, Marcia. Agosto, 2003. “Effect of the Presence of Initial Ethanol
on Ethanol Production in Sugar Cane Juice Fermented by Zymomonas mobilis”.
Brazilian Journal of Microbiology. Volumen 34,
242-244pp.
10) Atkinson, Bernard [y] Mavituna, Ferda. Biochemical Engineering and
Biotechnology Handbook. 2ª ed. ED: STOCKTON PRESS,
México,
1991
317-324pp.
11) Swings, J. Marzo, 1977. “The Biology of Zymomonas”. American Society for
Microbiology. Volumen 41 (No.01)
12) Ordaz Contreras,
Leobardo [y] Orozco Álvarez, Carlos. Ingeniería de
Fermentaciones. ED: IPN. UPIBI. México D.F., 1998
35-38pp.
13) Mathematica v.5.1
14) Vázquez Dolores, María Elena. Determina Bien Tus Costos. ED: Nacional
Financiera. Banca de Desarrollo (NAFINSA)
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15) Rugarcía Torres, Armando [y] Colín Ortega, Francisco. Ingeniería de
Procesos para Países en Desarrollo. ED: Lupus Magíster. México, 2002
224-244 pp.
16) www.matche.com
5
Anexos
Tema
Diagrama de Flujo de Proceso DFP. Tamaño 90x60cm.
Paginas
45
44